По сравнению с кремниевыми фотоэлементами КПД составляет 75%

Развитие технологий изготовления углеродных нанотрубок не стоит на месте. Исследователи постоянно ищут новые варианты применения и замены традиционных решений. Одним из перспективных направлений является замена кремниевых солнечных батарей фотоэлементами, изготовленными на базе углеродных нанотрубок.

Напомним, что фотоэлементом называется электронный прибор, осуществляющий преобразование энергии фотонов в энергию электрическую. В настоящее время наиболее эффективными решениями являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи, реализующие одноступенчатый переход фотонной энергии в электрическую. КПД основной массы промышленных фотоэлементов не превышает 20%, у самых лучших образцов 25%. Существуют лабораторные эксперименты, в которых достигается КПД 43,5%. Очевидно, что на этом фоне теоретический потенциал КПД фотоэлементов на нанотрубках выглядит впечатляюще – до 75%.

Нанотрубки отбирают энергию фотонов у поступающего солнечного света, используя для выделения и передачи получаемого электричества слой шестидесятиатомных шариков фуллерена.

Майклом Арнольдом (Michael Arnold) в Висконсинском университете в Мэдисоне (США) совместно с коллегами была создана базисная единица новой солнечной батареи — фотоэлемент из одного слоя нанотрубок.

Ранее, в аналогичных разработках, использование нанотрубок сводилось к передаче электрического заряда кремниевому фотоэлементному материалу. В этом эксперименте выбран другой путь решения проблемы. Был создан ультратонкий лист в виде пленки из углеродных нанотрубок, размещенный на тонком листе фуллерена C60. При такой конструкции, нанотрубки абсорбируют солнечный свет, получая при этом положительный заряд, а слой фуллерена получает отрицательный.

В результате получена эффективность трансформации солнечной энергии в электрическую порядка 1%. Какой же в этом смысл, это же на порядки меньше, чем у традиционных фотоэлементов? Дело в том, что этот элементарный двухслойный фотоэлемент из нанотрубок и фуллерена, обладает толщиной в несколько атомов. Поэтому, солнечный свет в основном проходит сквозь пленки, а если учитывать поглощение, то КПД будет около 75%.

Теперь целью разработки является многослойная конструкция толщиной в 100 нм, в отличии от нынешнего, толщиной в 5 нм. И тогда можно будет говорить о практическом способе конвертации солнечной энергии выше, чем у кремниевых аналогов при значительно меньших материальных затратах.